螺纹连接的设计计算讲解ppt课件.ppt

1,5.1.4 螺纹连接的强度计算,2,一、螺栓的材料,（1）常用材料：Q215、35、45等碳素钢；,（2）冲击振动场合用：40Cr、30CrMnSi等合金钢；,（5）特殊用途(防磁、导电): 特殊钢、铜合金、铝合金等。,（3）普通垫圈：Q235、15、35；,（4）弹圈：65Mn；,3,二、螺纹联接件的许用应力,1.性能等级（1）-定义,（1）螺纹联接件是按其性能等级选用的，一定性能等级对应一定的强度极限；,（3）等级代号小数点前面数字=材料抗拉强度的百分之一（B/100）后面数字=10Xs/B。,（2）性能等级分为10级；,4,二、螺纹联接件的许用应力,1.性能等级（2）-螺栓的等级,P220表5-3,5,二、螺纹联接件的许用应力,1.性能等级（3）-螺母的等级,P220表5-4,6,二、螺纹联接件的许用应力,1.性能等级（4）-选用,（1）一般用途通常选用4.8级左右的螺栓；,（3）重要场合要选用高的性能等级（如在压力容器中常采用8.8级的螺栓）。,（2）在联接中，组成螺纹副的螺母的性能等级不能低于螺栓的性能等级；,7,二、螺纹联接件的许用应力,2.许用应力（1）-考虑的因素,螺纹联接件许用应力与载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松、紧联接)、材料、结构尺寸有关。,8,二、螺纹联接件的许用应力,2.许用应力（2）-公式,9,二、螺纹联接件的许用应力,2.许用应力（3）-屈服极限,P220表5-3,10,二、螺纹联接件的许用应力,2.许用应力（4）-安全系数,P221表5-5,11,三、螺纹联接的失效形式,1.受拉螺栓（1）-失效形式,15%,20%,65%,螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂,12,三、螺纹联接的失效形式,1.受拉螺栓（2）-设计准则,保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度,13,三、螺纹联接的失效形式,2.受剪螺栓（1）-失效形式,螺栓杆和被联接件中弱者的结合面被压溃或螺栓杆被剪断,14,三、螺纹联接的失效形式,2.受剪螺栓（2）-设计准则,保证挤压强度和螺栓杆（或被联接件）的剪切强度,15,四、螺纹联接的强度计算,1.工作内容,（1）螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。,（2）螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。,16,四、螺纹联接的强度计算,2.受拉松螺栓（1）-模型,17,四、螺纹联接的强度计算,2.受拉松螺栓（2）-公式,式中: d1-螺纹小径 mm ； F-轴向载荷 N； -许用应力 MPa；,校核公式,设计公式,18,四、螺纹联接的强度计算,3. 紧螺栓横向载荷（1）-模型,19,四、螺纹联接的强度计算,3. 紧螺栓横向载荷（2）-公式,式中: F0-预紧力 N；,校核公式,设计公式,考虑摩擦力矩T1产生的剪切应力，按第四强度理论将应力合成,20,四、螺纹联接的强度计算,（1）当承受横向工作载荷时， 预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F；,（2）由于摩擦系数f的关系，预紧力F0很大。,3. 紧螺栓横向载荷（3）-不足,21,四、螺纹联接的强度计算,3. 紧螺栓横向载荷（4）-改进1,采用键、套筒、销承担横向工作载荷。,22,四、螺纹联接的强度计算,3. 紧螺栓横向载荷（4）-改进2,采用铰制孔螺栓。,校核公式,23,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（1）-模型,24,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（2）-受力分析,25,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（3）-计算公式,校核公式,设计公式,26,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（4）-总拉力F2公式1,为残余预紧力,F 为轴向外载荷,27,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（5）-残余预紧力的确定,P223中部文字,28,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（6）-总拉力F2公式2,相对刚度系数,29,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（7）-相对刚度系数,相对刚度系数：,P224上部文字,30,5.1.5 螺栓组联接的结构设计,31,五、螺栓组联接的设计内容,（2）确定螺栓数目（强度计算）。,（1）设计螺栓组中螺栓的分布形式；,32,六、螺栓组联接的结构设计,1. 简单对称,为了好加工制造和联接结合面受力均匀；通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。,33,2.受力合理1/2,铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。,六、螺栓组联接的结构设计,34,3. 受力合理2/2,当联接弯距或转距时，应使螺栓位置适当靠近接合面的边缘，以减少螺栓的受力。,六、螺栓组联接的结构设计,35,3. 辅助抗剪,当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗剪零件来承受横向载荷。,六、螺栓组联接的结构设计,36,4. 保证扳手空间,螺栓的排列应有合理的间距、边距，具体数值可以查阅相关设计手册。,六、螺栓组联接的结构设计,37,5. 偶数,便于在圆周上钻孔时的分度和画线，同一圆周上的螺栓数目取成: 4、6等偶数；同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。,六、螺栓组联接的结构设计,38,6. 避免附加应力,当联接弯距或转距时，应使螺栓位置适当靠近接合面的边缘，以减少螺栓的受力。,六、螺栓组联接的结构设计,39,7. 防松,为了提高联接的可靠性和紧密度，要采用必要的防松措施。,六、螺栓组联接的结构设计,40,七、螺栓组联接的计算,1.普通螺栓受横向载荷（1）-模型,靠正压力产生的摩擦力承受,41,七、螺栓组联接的计算,1.普通螺栓受横向载荷（2）-计算公式,42,七、螺栓组联接的计算,1.普通螺栓受横向载荷（3）-参数,式中：f-接合面摩擦系数； i - 接合面数； z -螺栓数目； ks -可靠性系数，一般取1.1-1.3； F横向载荷。,43,七、螺栓组联接的计算,2.铰制孔螺栓受横向载荷（1）-模型,采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来承受外载荷。,44,七、螺栓组联接的计算,2.铰制孔螺栓受横向载荷（2）-计算公式,假设螺栓平分外载荷,45,七、螺栓组联接的计算,3.普通螺栓受转矩（1）-模型,采用普通螺栓，是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。,46,七、螺栓组联接的计算,3.普通螺栓受转矩（2）-假设,（1）正压力产生的摩擦力集中作用在螺栓中心处；,（2）正压力产生的摩擦力方向垂直于螺栓中心和螺栓组对称中心的连线。,47,七、螺栓组联接的计算,3.普通螺栓受转矩（3）-计算公式,48,七、螺栓组联接的计算,4.铰制孔螺栓受转矩（1）-模型,采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。,49,七、螺栓组联接的计算,4.铰制孔螺栓受转矩（2）-假设,（1）螺栓受力大小与其中心到螺栓组对称中心的距离成正比；,（2）螺栓受力方向垂直于螺栓中心和螺栓组对称中心的连线。,50,七、螺栓组联接的计算,4.铰制孔螺栓受转矩（3）-计算公式,51,七、螺栓组联接的计算,5.普通螺栓受翻转力矩（1）-模型,52,七、螺栓组联接的计算,5.普通螺栓受翻转力矩（2）-假设,螺栓承受的载荷与距离成正比：,53,七、螺栓组联接的计算,5.普通螺栓受翻转力矩（3）-公式,不是总拉力,54,七、螺栓组联接的计算,6.普通螺栓受轴向载荷（1）-模型,55,七、螺栓组联接的计算,6.普通螺栓受轴向载荷（2）-公式,不是总拉力,56,七、螺栓组联接的计算,6.普通螺栓受轴向载荷（3）-补充,当外载荷通过螺栓组形心时，各螺栓所受的工作载荷相等；,当外载荷不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。,57,七、螺栓组联接的计算,7.螺栓组联接受力分析的总结,（1）实际中，螺栓组的工作载荷常常是以上简单受力情况的不同组合；,（2）分别计算出螺栓组在简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后将它们按向量相加，就得到每个螺栓的总的工作载荷；,（3）都是对受应力最大的螺栓进行分析计算。,58,5.1.6提高螺栓联接强度的措施,59,八、提高螺栓联接强度的措施,1.降低螺栓的应力幅（1）-分析,（1）对于受轴向载荷的紧螺栓来讲，其同时承受预紧力和轴向载荷；,（2）轴向总拉力的变化范围为：F2-F0 ；,60,八、提高螺栓联接强度的措施,1.降低螺栓的应力幅（2）-结论,减小联接螺栓的刚度Cb或增加联接件的刚度Cm ，可以降低应力幅,61,八、提高螺栓联接强度的措施,1.降低螺栓的应力幅（3）-措施1/2,（1）增加联接件的刚度Cm,金属垫片,O型密封圈,62,八、提高螺栓联接强度的措施,1.降低螺栓的应力幅（3）-措施2/2,（2）减小联接螺栓的刚度Cb,弹性元件,柔性螺栓,63,八、提高螺栓联接强度的措施,2.改善螺纹牙上载荷分布不均的现象（1）-分析,试验证明：约有1/3的载荷集中在第1圈上，以后各圈递减，第8圈外基本不承受载荷。,64,八、提高螺栓联接强度的措施,2.改善螺纹牙上载荷分布不均的现象（2）-结论,（1）加厚螺母不能改善载荷在螺纹牙上分布不均的现象。,（2）采用均载螺母。,65,八、提高螺栓联接强度的措施,悬置螺母,2.改善螺纹牙上载荷分布不均的现象（3）-措施,环槽螺母,内斜螺母,内斜与环槽螺母,66,八、提高螺栓联接强度的措施,3.减小应力集中（1）-分析,螺栓上的螺纹（特别是螺纹收尾处）、螺栓上截面突变部位，都产生应力集中。,67,八、提高螺栓联接强度的措施,3.减小应力集中（2）-措施,过渡圆角,卸载槽,68,八、提高螺栓联接强度的措施,4.减小附加应力的影响（1）-分析,（2）可以从结构、制造与装配精度采取措施，减小附加应力。,（1）附加应力主要是由于支承面不平、被联接件变形太大和螺栓装配精度低引起的；,69,八、提高螺栓联接强度的措施,4.减小附加应力的影响（2）-措施1/3,增加凸台,利用斜垫片,增加沉孔,70,八、提高螺栓联接强度的措施,4.减小附加应力的影响（2）-措施2/3,避免被联接件变形太大,71,八、提高螺栓联接强度的措施,4.减小附加应力的影响（2）-措施3/3,球面垫圈,腰环螺栓,72,八、提高螺栓联接强度的措施,5.采用合适的工艺,（1）冷镦头部、辗压螺纹，比车削螺纹的疲劳强度提高30%；,（2）表面处理（氰化、氮化、喷丸等）也能提高螺纹的疲劳强度。,73,结束,